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機(jī)械齒輪加工工藝分析

        進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國的市場經(jīng)濟(jì)持續(xù)繁榮，機(jī)械制造行業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在機(jī)械工程制造的過程中，齒輪非常重要，如果齒輪加工不當(dāng)，就會阻礙機(jī)械工程制造的順利開展，對機(jī)械制造行業(yè)造成不利影響。就目前來看，我國機(jī)械制造行業(yè)中的齒輪加工還存在一些問題，阻礙了機(jī)械制造質(zhì)量和水平的提升。為了促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用科學(xué)的機(jī)械齒輪加工工藝勢在必行。

1、機(jī)械齒輪概述

1.1　含義及發(fā)展

        所謂的機(jī)械齒輪，就是指機(jī)械裝置中有齒能嚙合作用的輪緣器件。機(jī)械齒輪在機(jī)械裝置中的作用非常突出，從某個角度來看，機(jī)械齒輪直接關(guān)系著機(jī)械整備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在我國，機(jī)械齒輪已經(jīng)經(jīng)歷了較長時間的發(fā)展歷史。早在公元前400年，我國就出現(xiàn)了齒輪裝置。縱觀我國的科技文明史，可以發(fā)現(xiàn)齒輪的痕跡無處不在，無論是古代的青銅器，還是四大發(fā)明之一的司南裝置，都應(yīng)用了齒輪這一機(jī)械元件，足以顯示齒輪的重要性。在17世紀(jì)，人們展開了對齒輪形狀的研究。在18世紀(jì)，工業(yè)革命浪潮掀起，齒輪被廣泛應(yīng)用于機(jī)械生產(chǎn)和制造之中，各種結(jié)構(gòu)形式的齒輪應(yīng)運(yùn)而生，滿足了工業(yè)社會的需求。進(jìn)入20世紀(jì)以來，我國的科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，對齒輪的研究日益深化，齒輪在維持機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)動方面的作用也日益突出。

1.2　結(jié)構(gòu)和種類

        對機(jī)械齒輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)械齒輪主要是由輪齒、齒槽、齒面、齒圓幾個部分組成的。對機(jī)械齒輪的類型進(jìn)行劃分，可以以不同的參數(shù)作為劃分依據(jù)：第一，齒輪的齒形。根據(jù)齒形的不同，可以將機(jī)械齒輪劃分為漸開線齒輪、擺線齒輪、小壓力角齒輪、大壓力角齒輪等。漸開線齒輪的生產(chǎn)工藝相對簡單，應(yīng)用范圍非常廣泛。擺線齒輪的生產(chǎn)工藝相對發(fā)展，應(yīng)用范圍受到限制。大壓力角齒輪的抗壓能力較好，可以實現(xiàn)機(jī)械裝置的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。小壓力角齒輪的抗壓能力較差，經(jīng)常會出現(xiàn)損壞的情況；第二，齒輪的外形。根據(jù)齒輪外形的不同，可以將機(jī)械齒輪劃分為圓形齒輪、錐形齒輪、直線齒輪、斜線齒輪等；第三，齒輪的表面。根據(jù)齒輪表面的不同，可以將機(jī)械齒輪劃分為外部齒輪和內(nèi)部齒輪等。

2、當(dāng)前我國機(jī)械制造過程中齒輪加工的不足

2.1　齒輪數(shù)量訛誤

        在當(dāng)前我國機(jī)械制造行業(yè)的齒輪加工中，存在齒輪數(shù)量訛誤的問題。在機(jī)械齒輪上有一圈輪齒，這些輪齒的數(shù)量也被稱為齒輪數(shù)量。齒輪數(shù)量和機(jī)械裝置的尺寸規(guī)模密切相關(guān)，機(jī)械裝置的軸承半徑越大，齒輪數(shù)量越多；機(jī)械裝置的軸承半徑越小，齒輪數(shù)量越少。因此在進(jìn)行機(jī)械制造的過程中，需要嚴(yán)格控制齒輪數(shù)量。當(dāng)前我國機(jī)械制造行業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)齒輪數(shù)量訛誤的情況，這是由以下的三個原因造成的：第一，技術(shù)人員沒有選擇合適的機(jī)械裝置滾刀。上文已述，齒輪被劃分成不同的類型，不同類型的齒輪功能特性不同，只有根據(jù)機(jī)械設(shè)備的材料工藝，選擇合適的齒輪，才能發(fā)揮機(jī)械齒輪的實用價值。在進(jìn)行齒輪滾刀的選擇時，一些技術(shù)人員出現(xiàn)了工作失誤，導(dǎo)致齒輪的數(shù)量產(chǎn)生訛誤；第二，技術(shù)人員沒有精確計算機(jī)械裝置的尺寸。從整體上來看，機(jī)械齒輪為機(jī)械裝置而服務(wù)，因此在齒輪數(shù)量的設(shè)定時，需要以機(jī)械尺寸作為基準(zhǔn)，一些技術(shù)人員在測量機(jī)械裝置的規(guī)模和尺寸時出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致設(shè)計出來的齒輪與實際情況不符；第三，技術(shù)人員沒有判斷滾齒機(jī)的運(yùn)動方向。在應(yīng)用齒輪時，滾齒機(jī)處在持續(xù)的運(yùn)動中，如果方向判斷不明，就會損壞齒輪結(jié)構(gòu)，造成數(shù)量訛誤。

2.2　齒輪兩側(cè)失衡

        在當(dāng)前我國機(jī)械制造行業(yè)的齒輪加工中，存在齒輪兩側(cè)失衡的問題。正常來說，齒輪的兩側(cè)應(yīng)該保持平衡，但是在實際加工過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)齒輪失衡的問題，這是由以下兩個原因造成的：第一，技術(shù)人員沒有提高滾刀安裝的效率。在設(shè)計機(jī)械齒輪時，需要事先安裝滾刀，并對滾刀的半徑和方向進(jìn)行測算和分析，保證切齒的精確性。一些技術(shù)人員在安裝滾刀時，沒有對滾刀的工作范圍進(jìn)行計算，也沒有擺正滾刀的軸心位置，導(dǎo)致臺階和螺母的垂直參數(shù)與預(yù)定值相距過大，影響了齒輪兩側(cè)的對稱性；第二，技術(shù)人員沒有對螺旋角進(jìn)行精確設(shè)定。在應(yīng)用滾刀的過程中，螺旋角的齒輪齒數(shù)關(guān)系著滾刀的頭數(shù)，因此需要對螺旋角的齒輪進(jìn)行精確設(shè)定。一些技術(shù)人員在工作的過程中沒有根據(jù)滾刀運(yùn)作速度進(jìn)行螺旋角的旋轉(zhuǎn)，也沒有根據(jù)螺旋角的角度對齒輪進(jìn)行重新安置，導(dǎo)致齒形兩側(cè)出現(xiàn)失衡。

2.3　齒形出現(xiàn)誤差

        在當(dāng)前我國機(jī)械制造行業(yè)的齒輪加工中，存在齒形出現(xiàn)誤差的問題。齒形會對機(jī)械裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)造成重要影響，在齒輪加工的過程中，理想的齒輪狀態(tài)是漸開線式齒輪，因為這種類型的齒輪應(yīng)用效果比較好，但是在實際加工時經(jīng)常會出現(xiàn)齒形誤差的問題，這是由以下兩個原因造成的：第一，技術(shù)人員沒有對齒輪滾刀進(jìn)行限制。齒輪滾刀的軸向決定了齒輪的形狀，一些技術(shù)人員在進(jìn)行齒輪加工時，應(yīng)用了直線流向的齒輪滾刀，導(dǎo)致齒輪也呈直線形狀；第二，技術(shù)人員沒有保障生產(chǎn)裝置傳動的穩(wěn)定性，當(dāng)齒輪在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了偏差，齒形就會出現(xiàn)誤差。

3、我國機(jī)械制造行業(yè)機(jī)械齒輪的加工工藝

3.1　漸開線式加工工藝

        在我國機(jī)械制造行業(yè)的機(jī)械齒輪加工中，可以應(yīng)用漸開線式加工工藝。漸開線式齒輪在當(dāng)前社會應(yīng)用得非常廣泛，因此機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)該掌握漸開線式齒輪的加工工藝。對漸開線式齒輪加工的方法進(jìn)行劃分，可以發(fā)現(xiàn)該加工方法有兩種表現(xiàn)形式：第一種是繪形法。根據(jù)事先設(shè)計的齒輪模型進(jìn)行加工；第二種是展現(xiàn)法。應(yīng)用滾齒機(jī)、銑床等，展現(xiàn)齒輪的工作流程。

        為了方便闡述，下文將介紹三種常用的漸開線式齒輪加工方法：第一，滾齒機(jī)的加工工藝。這種加工工藝在我國的機(jī)械制造行業(yè)中非常普遍，在應(yīng)用這一加工工藝時，技術(shù)人員需要應(yīng)用齒輪滾刀，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的參數(shù)調(diào)整滾輪的外形、齒數(shù)等，并分析齒輪的實際轉(zhuǎn)動情況。當(dāng)滾齒發(fā)生旋轉(zhuǎn)，刀齒可以看成是一個固定的項，當(dāng)滾齒連續(xù)轉(zhuǎn)動，刀齒也發(fā)生移動，需要將刀齒看成是變化項。當(dāng)二者發(fā)生同時轉(zhuǎn)動時，技術(shù)人員需要測量齒輪齒條的運(yùn)動比率，并根據(jù)齒條的尺寸規(guī)模，進(jìn)行齒輪設(shè)計。滾刀刀齒在轉(zhuǎn)動過程中會分散出不同的運(yùn)動線路，不同的運(yùn)動線路組合在一起，就形成了漸開線式的齒廓。第二，插齒的加工工藝。在應(yīng)用這一加工工藝時，技術(shù)人員需要對齒輪的形狀進(jìn)行判定，優(yōu)化和調(diào)整齒輪的齒條和齒面。在插齒加工中，插齒刀承擔(dān)著重要的工作職能，插齒刀能改變齒輪的外形，因此技術(shù)人員要對齒輪的運(yùn)動軸線進(jìn)行分析，如果齒輪偏離了運(yùn)動軸線，應(yīng)該磨損齒輪的棱角。齒輪在固定的轉(zhuǎn)動區(qū)間進(jìn)行反復(fù)運(yùn)動，插齒機(jī)會不斷磨削齒輪的外圍，直到齒輪的外形已經(jīng)滿足機(jī)械制造的固定標(biāo)準(zhǔn)；第三，剃齒和磨齒的加工工藝。在應(yīng)用這兩種加工工藝時，技術(shù)人員需要應(yīng)用剃齒刀和砂輪對齒輪進(jìn)行加工。這兩種加工工藝不同，應(yīng)用的順序也呈現(xiàn)出較大的差異性。一般來說，在熱處理之前，應(yīng)該采用剃齒刀對齒輪進(jìn)行切削。在熱處理之后，應(yīng)該采用砂輪對齒輪進(jìn)行磨齒精加工。

3.2　其他加工工藝

        在我國機(jī)械制造行業(yè)的機(jī)械齒輪加工中，可以應(yīng)用其他加工工藝。除了上述的加工工藝外，機(jī)械制造行業(yè)還可以采用其他的齒輪加工方法，如擠壓、車齒等。以擠壓加工為例，在應(yīng)用這種技術(shù)時，需要專機(jī)對齒輪進(jìn)行成型擠壓（冷/熱）。以車齒加工為例，在應(yīng)用這種加工技術(shù)時，需要專用車齒設(shè)備進(jìn)行。

4、我國機(jī)械制造行業(yè)機(jī)械齒輪的加工工藝的未來發(fā)展趨勢

        隨著我國網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷普及，我國機(jī)械制造行業(yè)機(jī)械齒輪的加工工藝將朝著智能化和數(shù)控化的方向發(fā)展機(jī)械齒輪的加工將變得更精、更快。滾齒機(jī)將實現(xiàn)全自動智能控制，磨齒機(jī)也將實現(xiàn)對齒輪的自動切削。同時在數(shù)控技術(shù)和智能技術(shù)的支持下，機(jī)床刃磨的時間將大大縮短，齒輪的加工效率將迅速提升。

5、結(jié)語

        綜上所述，我國的經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展階段。在機(jī)械生產(chǎn)制造的過程中，機(jī)械齒輪承擔(dān)著重要的工作職能。只有對機(jī)械齒輪進(jìn)行精準(zhǔn)加工，才能保證機(jī)械的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，提升機(jī)械裝置的工作效率。就目前來看，我國機(jī)械制造行業(yè)中的齒輪加工還存在一些問題，為了促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用科學(xué)的機(jī)械齒輪加工工藝勢在必行。